CN105197016B - 电机驱动车辆的轮胎气压监测系统及其方法 - Google Patents

电机驱动车辆的轮胎气压监测系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电机驱动车辆的轮胎气压监测系统及其方法。轮胎气压监测系统包括用于检测产生驱动转矩的电动机转速的旋转变压器。车轮转速传感器检测通过在电动机处产生的驱动转矩旋转的车轮的车轮转速。变速器制动在电动机处产生的驱动转矩。控制器被配置为将使用旋转变压器检测的电动机转速计算的第一目标车轮转速与由车轮转速传感器检测的车轮转速进行比较并确定当车轮滑移比率小于预定值时轮胎的状态。

Description

电机驱动车辆的轮胎气压监测系统及其方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年6月2日提交给韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2014-0067186号的优先权的权益，将该申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及电机驱动车辆的轮胎气压监测系统及轮胎气压监测方法。更具体地，本公开涉及电机驱动车辆的轮胎气压监测系统以及间接地监测轮胎气压的轮胎气压监测方法。
背景技术
如果车辆的轮胎气压过高或过低，轮胎可能会崩裂，或者车辆可能容易打滑，从而可能引起大的事故。此外，车辆的燃料消耗变高，因而降低燃料效率。此外，轮胎的寿命限变短，并且车辆的舒适度和制动力严重劣化。
具体地，当轮胎气压低时，可能引起打滑现象和驻波现象。当轮胎的温度过高时，可能出现热分离现象。
如上所述，轮胎在车辆的安全操作中起着重要的作用，从而，也被称为自动轮胎气压检测系统或者轮胎气压检测系统的轮胎气压监测系统(TPMS)安装在轮胎上以预先检测轮胎的缺陷。
根据传统的轮胎气压监测系统，通过设置在轮胎中的传感器测量轮胎的气压和空气温度来确定轮胎状态。
然而，根据传统技术，由于传感器设置在轮胎中来测量轮胎的气压和空气温度，因而增大了制造成本。
背景技术部分中所公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景的理解，并且因此，其可包含并不构成在该国为本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开已致力于提供一种能够确定轮胎状态而不需要另外的传感器的轮胎气压监测系统。
根据本发明构思的示例性实施方式的轮胎气压监测系统可以包括用于检测产生驱动转矩的电动机的转速的旋转变压器。车轮转速传感器检测通过电动机产生的驱动转矩旋转车轮的车轮转速。变速器制动在电动机处产生的驱动转矩。控制器被配置为将使用旋转变压器检测的电动机转速计算的第一目标车轮转速与由车轮转速传感器检测的车轮转速进行比较并被配置为确定车轮滑移比率小于预定值时轮胎的状态。
控制器通过使用由旋转变压器检测的电动机转速、车轮半径、以及与换档速度对应的变速器的齿轮比可以计算第一目标车轮转速。
可以通过以下等式计算第一目标车轮转速T1：
其中，Wm是由旋转变压器检测的电动机转速，Rw是车轮半径，以及n是变速器的齿轮比。
控制器可通过将第一目标车轮转速与考虑到车辆的负载情况和道路状况的修正系数相乘计算第二目标车轮转速，并且通过将第二目标车轮转速与车轮转速传感器检测的车轮转速进行比较确定轮胎的状态。
可以通过考虑到节流阀开度和开节流阀变化的第一修正系数、考虑到车辆速度和纵向加速度的第二修正系数、以及考虑到车辆负载的第三修正系数确定修正系数，并且第一修正系数至第三修正系数可以是预定映射数据并可保存到控制器。
控制器可以通过将通过考虑车辆的转弯修正第二目标车轮转速的最终目标车轮转速与由车轮转速传感器检测的车轮转速进行比较来确定轮胎的状态。其中，最终目标车轮转速由下列等式计算，在等式中，Vfo表示前外轮的车轮转速，Vfi表示前内轮的车轮转速，Vro表示后外轮的车轮转速，Vri表示后内轮的车轮转，以及Vf表示车辆速度：
和其中，Rf表示从转弯中心到前驱动轴的距离，Rfi表示从转弯中心到前内轮的距离，Rfo表示从转弯中心到前外轮的距离，Rr表示从转弯中心到后驱动轴的距离，以及D表示外轮与内轮之间的距离。
可由以下等式计算车轮滑移比率(k)：
其中vxf表示最终车辆速度，以及Tr表示由车轮转速传感器检测的真实的车轮转速。
提供了一种根据本发明构思的另一示例性实施方式的电机驱动车辆的轮胎气压监测方法，其中，旋转变压器检测产生驱动转矩的电动机转速，车轮转速传感器检测由电动机产生的驱动转矩旋转的车轮的车轮转速，以及控制器根据由旋转变压器和车轮转速传感器检测的信号确定轮胎的状态。该方法可以包括通过使用由旋转变压器检测的电动机转速计算第一目标车轮转速。确定车轮滑移比率是否大于预定值。确定第一目标车轮转速与由车轮转速传感器检测的真实的车轮转速之间的差值是否大于预定值。
可以通过以下等式计算第一目标车轮转速T1：
其中，Wm是由旋转变压器检测的电动机转速，Rw是车轮半径，以及n是变速器的齿轮比。
电机驱动车辆的轮胎气压监测方法可以进一步包括通过将第一目标车轮转速与考虑到车辆负载情况和道路状况的修正系数相乘计算第二目标车轮转速。确定第二目标车轮转速与由车轮转速传感器检测的车轮转速之间的差值是否大于预定值。
可以通过考虑到节流阀开度和开节流阀变化的第一修正系数、考虑到车辆速度和纵向加速度的第二修正系数、以及考虑到车辆负载的第三修正系数确定修正系数，并且第一修正系数至第三修正系数可以是保存到控制器的预定映射数据。
电机驱动车辆的轮胎气压监测方法可以进一步包括根据车辆的转弯状态计算修正第二目标车轮转速的最终目标车轮转速。确定最终目标车轮转速与由车轮转速传感器检测的真实的车轮转速之间的差值是否大于预定值。
其中，最终目标车轮转速由下列等式计算，在等式中，Vfo表示前外轮的车轮转速，Vfi表示前内轮的车轮转速，Vro表示后外轮的车轮转速，Vri表示后部内轮的车轮转，以及Vf表示车辆速度：
以及其中，Rf表示从转弯中心到前驱动轴的距离，Rfi表示从转弯中心到前内轮的距离，Rfo表示从转弯中心到前外轮的距离，Rr表示从转弯中心到后驱动轴的距离，以及D表示外轮与内轮之间的距离。
根据本发明构思的示例性实施方式，由于通过使用旋转变压器和车轮转速传感器间接测量轮胎气压而无需另外的传感器来测量轮胎气压，因此能够减小制造成本。
此外，可以通过将最终目标车轮转速与真实的车轮转速进行比较准确地确定轮胎状态。
附图说明
提供附图以在描述本发明构思的示例性实施方式时作为参考，并且不应仅通过附图解释本发明构思的精神。
图1是示出根据本发明构思的示例性实施方式的轮胎气压监测系统的示意性示图。
图2是示出车辆的转弯状态的几何示意性示图。
图3是示出根据本发明构思的示例性实施方式的轮胎气压监测方法的流程图。
具体实施方式
在下文中将参考附图更充分地描述本公开，在附图中示出了本发明构思的示例性实施方式。如同本领域技术人员意识到的，所描述的实施方式在不完全背离本发明构思的精神或范围的情况下，可以以各种不同的方式进行修改。
为了清晰地描述本公开，将省略与描述无关的部分。通篇说明书的相同参考标号指代相同的元件。
此外，为了更好的理解和便于描述，附图中所示的每个构造的尺寸及厚度均被随意地示出，但本公开内容并不局限于此。在附图中，为了清晰起见而夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。
图1是示出根据本发明构思的示例性实施方式的轮胎气压监测系统的示意性示图。
如图1所示，根据本发明构思的示例性实施方式的轮胎气压监测系统包括用于产生驱动转矩的电动机10，用于检测电动机转速的旋转变压器(resolver)12，用于检测通过在电动机10处产生的驱动转矩旋转的车轮21、22、23、和24的车轮转速的车轮转速传感器21'、22'、23'和24'以及用于制动电动机10产生的驱动转矩的变速器(transmission)34。控制器40被配置为通过将使用由旋转变压器12检测的电动机转速而得到的第一目标车轮转速与由车轮转速传感器21'、22'、23'、和24'检测的车轮转速进行比较来确定轮胎状态。
电动机10从设置于车辆中的电池16被供应有电力并通过逆变器14被驱动。起动发电一体机(integrated starter and generator，ISG)32设置在发动机30中。ISG32启动发动机30或通过发动机30的输出发电。
节流阀(未示出)设置在发动机30中，节流阀调节流进发动机30的气缸中的空气的量，并且在节流阀处设置检测节流阀的开度(opening)的节流阀位置传感器(TPS)。向控制器40提供由TPS检测的节流阀的开度和节流阀开度变化。
变速器34设置于车辆的电动机10与车轮(21、22、23、和24)之间。调档齿轮(shiftgear，变速机构)(未示出)设置于变速器34中，并且输出转矩和输出速度改变并根据调档齿轮的齿轮级(gear stage)传输到传动轴。
旋转变压器12设置于电动机10中。旋转变压器12测量转子相对于电动机定子的绝对位置并检测电动机转速。向控制器40提供由旋转变压器12检测的电动机转速。
车轮(21、22、23、和24)由电动机10的驱动转矩驱动并且轮胎安装于车轮(21、22、23、和24)的外部。车轮转速传感器(21'、22'、23'、和24')设置于车轮处并检测车轮的车轮转速。由车轮转速传感器(21'、22'、23'、24')检测的每个车轮转速被提供至控制器40。
控制器40将由旋转变压器12检测的电动机转速与由车轮转速传感器检测的车轮转速进行比较并且监测安装在车轮外部的轮胎状态。
可用由预定程序激活的一个或多个处理器实施控制器40，并且预定程序使控制器执行根据该发明构思的实施方式的轮胎气压监测方法的每个步骤。
将描述本公开的基本原理。
通过使用电机10的旋转速度以及调档齿轮的减速比可以得到稳态车轮转速。可从设置于车轮中的车轮转速传感器获得轮胎的车轮转速。在这时候，可通过将稳态车轮转速与从车轮转速传感器获得的车轮转速进行比较来确定轮胎的状态。
例如，当轮胎的气压变低时轮胎的直径减小。此时，车轮转速由旋转变压器12检测，但与轮胎气压正常的时候相比由车轮转速传感器检测的车轮转速变得更快。因此，可以通过将通过旋转变压器12计算的车轮转速与由车轮转速传感器检测的真实的车轮转速进行比较来确定轮胎气压。
在下文中，将参考图3详细地描述根据本发明构思的示例性实施方式的轮胎气压监测。
在步骤S10中，控制器40通过使用由旋转变压器12检测的电动机转速、与变速器34的调档齿轮级相对应的减速比(reduction ratio)、以及车轮半径计算第一目标车轮转速。能够通过以下等式计算第一目标车轮转速。
(等式1)
此处，T1表示第一目标车轮转速，Wm表示由旋转变压器12检测的电动机转速，n表示减速比，以及Rw表示车轮半径。
在步骤S20中，控制器40计算根据车辆的负载情况和道路状况修正第一目标车轮转速的第二目标车轮转速。通过将修正系数与第一目标车轮转速相乘来计算第二目标车轮转速。修正系数是车辆的负载情况和道路状况在数值上数字化的值。
修正系数是根据由TPS检测的节流阀开度、由TPS检测的节流阀开度变化、车辆速度、车辆的纵向加速度、以及车辆的负载而实验获得的数据。修正系数作为映射数据保存到控制器40。
可由以下等式表示第二目标车轮转速。
(等式2)
T2＝(Map(TPS，dTPS)+Map(Vx，Ax)+Pload)·T1
这里，T2表示第二目标车轮转速、Map(TPS、dTPS)表示考虑到节流阀开度和节流阀变化的第一修正系数，Map(Vx、Ax)表示考虑到车辆速度和纵向加速度的第二修正系数，以及Pload表示考虑到车辆的负载的第三修正系数。
在步骤S30中，控制器40根据车辆的转弯状态修正第二目标车轮转速来计算最终目标车轮转速。
图2是示出车辆的转弯情况的几何示意性示图。图2示出当车辆向右转时。
在图2中，Cr表示车辆的转弯中心、R表示车辆的转弯中心与车辆质心之间的距离，Rfi表示转弯中心与右前轮的中心之间的距离，Rf表示转弯中心与前驱动轴的中心之间的距离，Rfo表示转弯中心与左前轮的中心之间的距离，Rr表示转弯中心与后驱动轴的中心之间的距离，D表示左轮与右轮之间的距离，L表示前轮与后轮之间的距离，Lf表示质心与前驱动轴之间的距离，以及Lr表示质心与后驱动轴之间的距离。
控制器40根据车辆速度(Vx)和图2的几何原理计算前车轮转速(Vf)、后车轮转速(Vr)、前外侧车轮转速(Vfo)、前内侧车轮转速(Vfi)、后外侧车轮转速(Vro)、以及后内侧车轮转速(Vri)。
通过将每个车轮的第二目标车轮转速平均来计算车辆速度(Vx)。在四轮驱动车辆中，通过将四个车轮的第二目标车轮转速平均来计算车辆速度(Vx)。
在两轮驱动车辆中，通过将非驱动轮的第二目标车轮转速平均来计算车辆速度(Vx)。在两轮驱动车辆中，在非驱动轮中不产生滑动。因此，非驱动轮的平均值近似于车辆速度，从而通过非驱动轮的平均值来计算车辆速度(Vx)。
前外侧车轮转速(Vfo)、前内侧车轮转速(Vfi)、后外侧车轮转速(Vro)和后内侧车轮转速(Vri)变成最终目标车轮转速。
根据以下等式计算车轮转速。
(等式3)
在步骤S40中，控制器40计算车辆的车轮滑移比率(slip ratio)并且确定车轮滑移比率是否大于预定值。当车轮滑移比率大于预定值时，车轮自由地旋转。在这种情况下，控制器不需要将最终目标车轮转速与真实的车轮转速进行比较。因此，控制器40没有通过将最终目标车轮转速与真实的车轮转速进行比较而监测轮胎状态。
能够通过以下等式计算车轮滑移比率。
(等式4)
这里，k表示车轮滑移比率，Vxf表示最终车辆速度，以及Tr表示真实的车轮速度。通过求将每个车轮的最终目标车轮转速平均来计算最终车辆速度(Vxf)。
在步骤S50中，当车轮滑移比率小于预定值时，控制器40将最终目标车轮转速与真实的车轮转速进行比较，并且确定最终目标车轮转速与真实的车轮转速之间的差是否大于预定值。
当最终目标车轮转速与真实的车轮转速之间的差大于预定值时，在步骤S60中，控制器40确定轮胎的气压存在问题或者轮胎漏气了。
如上所述，根据本发明构思的示例性实施方式的电机驱动车辆的轮胎气压监测系统通过使用由旋转变压器12检测的电动机转速计算最终目标车轮转速。当最终目标车轮转速与真实的车轮转速之间的差大于预定值时，控制器40确定轮胎异常并且警告驾驶员轮胎存在问题。
根据本公开，由于不需要另外的压力传感器，所以能够降低车辆的制造成本。
此外，由于通过考虑车辆的负载情况、道路状况以及车辆的转弯状态计算最终目标车轮转速，所以能够准确地计算最终目标车轮转速。因此，可以准确地计算最终目标车轮转速与真实的车轮转速之间的关系。
尽管已经结合目前视为实际示例性实施方式的实施方式描述了本公开，然而，应当理解，本发明并不局限于所公开的实施方式，而是相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种变形及等同配置。

Claims (15)

1.一种电机驱动车辆的轮胎气压监测系统，所述系统包括：
旋转变压器，用于检测产生驱动转矩的电动机的转速；
车轮转速传感器，用于检测通过所述电动机产生的所述驱动转矩旋转的车轮的车轮转速；
变速器，用于改变在所述电动机处产生的所述驱动转矩；以及
控制器，被配置为当确定车轮滑移比率小于预定值时，根据使用所述旋转变压器检测的所述电动机转速计算的第一目标车轮转速与由所述车轮转速传感器检测的所述车轮转速进行的比较来确定所述轮胎的状态。
2.根据权利要求1所述的轮胎气压监测系统，
其中，所述控制器通过使用由所述旋转变压器检测的所述电动机转速、车轮半径、以及与换档速度对应的所述变速器的齿轮比计算所述第一目标车轮转速。
3.根据权利要求2所述的轮胎气压监测系统，
其中，通过以下等式计算所述第一目标车轮转速T1：
其中，Wm是所述旋转变压器检测的所述电动机转速，Rw是所述车轮半径，以及n是所述变速器的齿轮比。
4.根据权利要求2所述的轮胎气压监测系统，
其中，所述控制器通过将所述第一目标车轮转速与考虑到所述车辆的负载情况与道路状况的修正系数相乘计算第二目标车轮转速，并且
通过将所述第二目标车轮转速与由所述车轮转速传感器检测的所述车轮转速进行比较确定所述轮胎的状态。
5.根据权利要求4所述的轮胎气压监测系统，
其中，通过考虑到节流阀开度与节流阀开度变化的第一修正系数，考虑到车辆速度和纵向加速度的第二修正系数，以及考虑到车辆负载的第三修正系数来确定所述修正系数，并且
所述第一修正系数到所述第三修正系数是预定映射数据并被保存到所述控制器。
6.根据权利要求4所述的轮胎气压监测系统，
其中，所述控制器通过将通过考虑所述车辆的转弯修正所述第二目标车轮转速时的最终目标车轮转速与由所述车轮转速传感器检测的所述车轮转速进行比较来确定所述轮胎的状态，
其中，根据以下等式计算所述最终目标车轮转速，其中，前外侧车轮转速Vfo、前内侧车轮转速Vfi、后外侧车轮转速Vro、以及后内侧车轮转速Vri是最终目标车轮转速：
和
其中，Vf表示前车轮转速，Vr表示后车轮转速，Rf表示从转弯中心到前驱动轴的距离，Rfi表示从转弯中心到前内轮的距离，Rfo表示从转弯中心到前外轮的距离，Rr表示从转弯中心到后驱动轴的距离，以及D表示外轮与内轮之间的距离。
7.根据权利要求6所述的轮胎气压监测系统，
其中，通过以下等式计算所述车轮滑移比率(k)：
其中vxf表示最终车辆速度，所述最终车辆速度是根据所述最终目标车轮转速所获得的，以及Tr表示由所述车轮转速传感器检测的真实的车轮转速。
8.根据权利要求1所述的轮胎气压监测系统，进一步包括设置于发动机中的起动发电一体机ISG，所述ISG启动所述发动机或者通过所述发动机的输出产生电力。
9.一种电机驱动车辆的轮胎气压监测方法，其中，旋转变压器检测产生驱动转矩的电动机转速，车轮转速传感器检测由所述电动机产生的所述驱动转矩旋转的车轮的车轮转速，以及控制器根据由所述旋转变压器和所述车轮转速传感器检测的信号确定轮胎的状态，所述方法包括以下步骤：
通过使用由所述旋转变压器检测的电动机转速计算第一目标车轮转速；
确定车轮滑移比率是否大于预定值；以及
当确定车轮滑移比率小于预定值时，将所述第一目标车轮转速与由所述车轮转速传感器检测的真实的车轮转速进行比较来确定所述轮胎的状态。
10.根据权利要求9所述的轮胎气压监测方法，
其中，通过以下等式计算所述第一目标车轮转速T1：
其中，Wm是所述旋转变压器检测的所述电动机转速，Rw是所述车轮半径，以及n是变速器的齿轮比。
11.根据权利要求9所述的轮胎气压监测方法，在计算所述第一目标车轮转速的步骤之后，进一步包括以下步骤：
通过将所述第一目标车轮转速与考虑到所述车辆的负载情况与道路状况的修正系数相乘计算第二目标车轮转速；以及
确定所述第二目标车轮转速与由所述车轮转速传感器检测的所述车轮转速之间的差值是否大于预定值。
12.根据权利要求11所述的轮胎气压监测方法，
其中，通过考虑到节流阀开度与节流阀开度变化的第一修正系数，考虑到车辆速度和纵向加速度的第二修正系数，以及考虑到车辆负载的第三修正系数确定所述修正系数，并且
所述第一修正系数到所述第三修正系数是保存到所述控制器的预定映射数据。
13.根据权利要求11所述的轮胎气压监测方法，进一步包括以下步骤：
根据车辆的转弯状态计算修正所述第二目标车轮转速的最终目标车轮转速；并且
确定所述最终目标车轮转速与由所述车轮转速传感器检测的真实的车轮转速之间的差值是否大于预定值。
14.根据权利要求13所述的轮胎气压监测方法，
其中，通过以下等式计算所述最终目标车轮转速，其中，前外侧车轮转速Vfo、前内侧车轮转速Vfi、后外侧车轮转速Vro、以及后内侧车轮转速Vri是所述最终目标车轮转速：
以及
其中，Vf表示前车轮转速，Vr表示后车轮转速，Rf表示从转弯中心到前驱动轴的距离，Rfi表示从转弯中心到前内轮的距离，Rfo表示从转弯中心到前外轮的距离，Rr表示从转弯中心到后驱动轴的距离，以及D表示外轮与内轮之间的距离。
15.一种非暂时性计算机可读记录介质，包括使控制器执行根据权利要求9所述的方法的计算机可执行指令。
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